2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Innovative Thermal Insulator using Interfacial Resistance of Different Polymer Materials
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20H02083
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
齊藤 卓志 東京工業大学, 工学院, 准教授 (20302937)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 界面熱抵抗 / 高分子材料 / 分子動力学シミュレーション / 界面層厚さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子材料中の伝熱は，主として高分子主鎖に沿った熱振動伝播によるため，分子の相互貫入が阻害される非相溶な材料組み合わせの界面では，相対的に分子間の平均距離が拡大するために熱抵抗が発現する可能性がある．これまで，異種高分子材料界面における熱抵抗について実験的計測ならびにシミュレーションによる推定を行ってきたが，より定量性のあるデータの取得/推定が「革新的な断熱材」の開発に必要である．
そこで本年度（2022年度）は，前年度に得られた知見（ポリスチレン（PS）とポリメチルメタクリレート（PMMA）の界面熱抵抗値は～10^-8 m^2 K/W程度）を踏まえ，PSとPMMAにおける界面熱抵抗値の推定精度の向上を図るとともに，分子の相互拡散領域を強制的に厚く設定することが与える影響（材料間界面に対してナノインプリントなどの手法により凹凸構造を設けることに相当）についても検討を与えた．異種高分子材料界面近傍における熱伝播特性を分子レベルで考察するため，ブレンド材料の熱伝導率変化および界面熱抵抗値に与える界面層厚さの影響を検討した．まず，分子量約3,000のPSとPMMAにより構成される系について，PS含有率の異なるブレンドモデルの熱伝導率を算出したところ，元の樹脂の分率を考慮した平均熱伝導率を下回る結果が得られた．これによりPS-PMMA間での熱伝播の阻害が生じていることが示唆されたため，PSとPMMAで構成される二層構造モデルにより界面熱抵抗の推定を行ったところ，界面層厚さの増加に伴い，界面熱抵抗値の増加および単位長さあたりの界面熱抵抗値の分散の減少が見られた．なお，検討した範囲での熱抵抗値の最大値は1.08×10^-8 m^2 K/Wとなった．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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